JP3045655B2 - イオントラップ移動度スペクトロメーター及び麻薬の強力検出のための操作方法 - Google Patents
イオントラップ移動度スペクトロメーター及び麻薬の強力検出のための操作方法Info
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- JP3045655B2 JP3045655B2 JP20176195A JP20176195A JP3045655B2 JP 3045655 B2 JP3045655 B2 JP 3045655B2 JP 20176195 A JP20176195 A JP 20176195A JP 20176195 A JP20176195 A JP 20176195A JP 3045655 B2 JP3045655 B2 JP 3045655B2
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
- G01N27/622—Ion mobility spectrometry
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はイオン移動度スペク
トロメーターの改良に関し、特にイオントラップ移動度
スペクトロメーターおよびこれを用いた麻薬等のアルカ
ロイド検出方法の改良に関する。
トロメーターの改良に関し、特にイオントラップ移動度
スペクトロメーターおよびこれを用いた麻薬等のアルカ
ロイド検出方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】イオン移動度スペクトロメーターは、雰
囲気中の低揮発性蒸気、例えば爆薬とか麻薬などを検出
するのに用いられている。この種の目的に使用される最
初のイオン移動度スペクトロメーターは、1972年に
発行されたコーエン(Cohen)他による米国特許第
3,699,333号に記載されている。その後,その
改良が、アンソニー・ジェンキンス(Anthony
Jenkins)に発行された米国特許第5,027,
643号および米国特許第5,200,614号に開示
されている。
囲気中の低揮発性蒸気、例えば爆薬とか麻薬などを検出
するのに用いられている。この種の目的に使用される最
初のイオン移動度スペクトロメーターは、1972年に
発行されたコーエン(Cohen)他による米国特許第
3,699,333号に記載されている。その後,その
改良が、アンソニー・ジェンキンス(Anthony
Jenkins)に発行された米国特許第5,027,
643号および米国特許第5,200,614号に開示
されている。
【0003】米国特許第5,200,624号による
と、イオン移動度スペクトロメーターは、被検出成分含
有蒸気を、空気流または窒素流のようなキャリア・ガス
に携行させて、検出装置に導入するものである。該キャ
リア・ガスは、電荷移動媒体として用いられる低濃度
(一般的には数ppm程度)の蒸気で、ドーパント(な
いしドープ剤)を混入させてもよいとしている。被検出
成分の分子は、入口から拡散装置を経てイオン化室に供
給される。イオン化室には、例えばNi63もしくは重
水素のような放射性物質を配置しておく。イオン化した
試料蒸気は、開放格子を経て電場を形成する数個の電極
を有するイオン浮遊帯域に放出される。該先行技術によ
るスペクトロメーターにおいてはイオン浮遊帯域の一端
には、集電用電極または極板が取り付けられている。格
子電極の電位は、電子とイオン電荷が形成され、放射性
壁からのベータ粒子との衝突により試料分子との相互作
用を起こす広域の非電界帯域を有するイオン化室の壁と
等しい電位になるように保たれている。
と、イオン移動度スペクトロメーターは、被検出成分含
有蒸気を、空気流または窒素流のようなキャリア・ガス
に携行させて、検出装置に導入するものである。該キャ
リア・ガスは、電荷移動媒体として用いられる低濃度
(一般的には数ppm程度)の蒸気で、ドーパント(な
いしドープ剤)を混入させてもよいとしている。被検出
成分の分子は、入口から拡散装置を経てイオン化室に供
給される。イオン化室には、例えばNi63もしくは重
水素のような放射性物質を配置しておく。イオン化した
試料蒸気は、開放格子を経て電場を形成する数個の電極
を有するイオン浮遊帯域に放出される。該先行技術によ
るスペクトロメーターにおいてはイオン浮遊帯域の一端
には、集電用電極または極板が取り付けられている。格
子電極の電位は、電子とイオン電荷が形成され、放射性
壁からのベータ粒子との衝突により試料分子との相互作
用を起こす広域の非電界帯域を有するイオン化室の壁と
等しい電位になるように保たれている。
【0004】また、電極間の電位の切替えによりイオン
をイオン浮遊帯域に移送するために、定期的に約0.1
〜0.2msでイオン化帯域を横切って電場を作る。イ
オン浮遊帯域内のイオンは環状電極によって一定の電位
に維持される。その結果イオンは浮遊帯域に沿って集電
電極に向かって追いやられ、そこでスペクトロメーター
により分光分析される。0.2ms後にイオン化室の電
界は再び零に戻され、さらに次の電界の形成を準備する
ためのイオンの集積が再び始められる。これらの電界の
極性は、検出装置が陰イオンモードで行われるか陽イオ
ンモードで行われるかによって定まるが、爆薬の検出を
行うには、一般的に陰イオンモードの方が好ましい。
をイオン浮遊帯域に移送するために、定期的に約0.1
〜0.2msでイオン化帯域を横切って電場を作る。イ
オン浮遊帯域内のイオンは環状電極によって一定の電位
に維持される。その結果イオンは浮遊帯域に沿って集電
電極に向かって追いやられ、そこでスペクトロメーター
により分光分析される。0.2ms後にイオン化室の電
界は再び零に戻され、さらに次の電界の形成を準備する
ためのイオンの集積が再び始められる。これらの電界の
極性は、検出装置が陰イオンモードで行われるか陽イオ
ンモードで行われるかによって定まるが、爆薬の検出を
行うには、一般的に陰イオンモードの方が好ましい。
【0005】麻薬の検出に当たっては、試料蒸気は電荷
搬送媒体として通常数ppm程度の低濃度のニコチン酸
アミド蒸気でドーピングされた空気流を使用して検出装
置内に導入される。このドーパントは、生命科学におい
ては、陽子親和力を示すものとして、また化学的には塩
基として作用する物質として知られている。イオン化室
に導入される窒素その他のガスに対する放射線壁からの
ベータ粒子の作用によって生成したイオンの持つ陽子親
和力は、ニコチン酸アミドの持つ陽子親和力よりも小さ
いので、その陽電荷は麻薬蒸気がない場合には、最終的
にニコチン酸アミドのほうに移動してしまう。このこと
は、補正付きのスペクトロメーターにおいて、麻薬蒸気
を含まない試料空気から得られるスペクトを明瞭化する
効果を有し、鮮明で大きな1本のピークを与えることに
なる。
搬送媒体として通常数ppm程度の低濃度のニコチン酸
アミド蒸気でドーピングされた空気流を使用して検出装
置内に導入される。このドーパントは、生命科学におい
ては、陽子親和力を示すものとして、また化学的には塩
基として作用する物質として知られている。イオン化室
に導入される窒素その他のガスに対する放射線壁からの
ベータ粒子の作用によって生成したイオンの持つ陽子親
和力は、ニコチン酸アミドの持つ陽子親和力よりも小さ
いので、その陽電荷は麻薬蒸気がない場合には、最終的
にニコチン酸アミドのほうに移動してしまう。このこと
は、補正付きのスペクトロメーターにおいて、麻薬蒸気
を含まない試料空気から得られるスペクトを明瞭化する
効果を有し、鮮明で大きな1本のピークを与えることに
なる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】大部分の麻薬物質はア
ルカロイドであり、かつかなりの陽子親和力を有するも
のである。即ち、該麻薬物質は、ニコチン酸アミド上の
陽電荷と交換して陽イオンが付与されるのに十分な陽子
親和力を有している。しかしながら、この反応は通常効
率的に行われないので、従来型のイオン移動度スペクト
ロメーターを用いても、ごく僅かの量の麻薬分子がイオ
ン化されるに過ぎない。一方、米国特許第5,200,
614号に記載されているイオントラップ移動度スペク
トロメーターは、従来のイオン移動度スペクトロメータ
ーよりも高い感度を有することが知られているが、しか
し該スペクトロメーターは陰イオンモードで使用される
爆薬の検出に用いる場合には適切な効果があるが、陽イ
オンモードで使用されるアルカロイドの麻薬の検出に対
しては、感度が不十分である。従ってアルカロイドに対
しても、該イオントラップ移動度スペクトロメータの有
する高感度の検出を行うことができるようにすることが
重要な課題となる。
ルカロイドであり、かつかなりの陽子親和力を有するも
のである。即ち、該麻薬物質は、ニコチン酸アミド上の
陽電荷と交換して陽イオンが付与されるのに十分な陽子
親和力を有している。しかしながら、この反応は通常効
率的に行われないので、従来型のイオン移動度スペクト
ロメーターを用いても、ごく僅かの量の麻薬分子がイオ
ン化されるに過ぎない。一方、米国特許第5,200,
614号に記載されているイオントラップ移動度スペク
トロメーターは、従来のイオン移動度スペクトロメータ
ーよりも高い感度を有することが知られているが、しか
し該スペクトロメーターは陰イオンモードで使用される
爆薬の検出に用いる場合には適切な効果があるが、陽イ
オンモードで使用されるアルカロイドの麻薬の検出に対
しては、感度が不十分である。従ってアルカロイドに対
しても、該イオントラップ移動度スペクトロメータの有
する高感度の検出を行うことができるようにすることが
重要な課題となる。
【0007】本発明の目的は、従来のイオン移動度スペ
クトロメーターにおける検出システムにおける感度上の
制約、特に麻薬蒸気を検知するための実効感度上の制約
を克服した改良された検出装置ならびに該スペクトロメ
ーターによる被検出成分の検出方法を提供するにある。
クトロメーターにおける検出システムにおける感度上の
制約、特に麻薬蒸気を検知するための実効感度上の制約
を克服した改良された検出装置ならびに該スペクトロメ
ーターによる被検出成分の検出方法を提供するにある。
【0008】また本発明の他の目的は、イオン移動度ス
ペクトロメーター装置を陽イオンモードの下で使用し
て、しかも麻薬等を高い信頼度で検出することができる
方法を提供するにある。
ペクトロメーター装置を陽イオンモードの下で使用し
て、しかも麻薬等を高い信頼度で検出することができる
方法を提供するにある。
【0009】さら本発明の他の目的は、例えば麻薬蒸気
のような低揮発性の塩基性ガス中において、陽子を効率
的に捕捉して陽イオンを生ずることのできる方法を提供
するにある。
のような低揮発性の塩基性ガス中において、陽子を効率
的に捕捉して陽イオンを生ずることのできる方法を提供
するにある。
【0010】また本発明のさらなる目的は、従来型のイ
オントラップ移動度スペクトロメーターの使用法におい
て、ごく僅かな改良を加えることによって、感度を向上
させて、高い信頼度での麻薬蒸気の検出を行うためにイ
オントラップ移動度スペクトロメータ−を含む新しい検
出装置を利用することである。
オントラップ移動度スペクトロメーターの使用法におい
て、ごく僅かな改良を加えることによって、感度を向上
させて、高い信頼度での麻薬蒸気の検出を行うためにイ
オントラップ移動度スペクトロメータ−を含む新しい検
出装置を利用することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し、上
記の諸目的を達成するための本発明の第1の実施態様
は、試料空気から既知の範囲の塩基度を有する被検出成
分を検出する装置であって、被検出成分より低い塩基度
を有するキャリア・ガスの発生源と、該キャリア・ガス
と該被検出成分との中間の塩基度を有するドーパントの
発生源と、前記キャリア・ガスにドーパントを低濃度で
加えるため前記キャリア・ガス発生源と該ドーパント発
生源とを連結する混合手段と、該混合手段と前記試料空
気とを連結する通路と、前記キャリア・ガスと前記ドー
パントと試料空気の少なくとも一部とからなる排出流を
生成するため前記混合手段と試料空気とを連結するポン
プ装置と、該試料空気中の被検出成分を検出するため該
排出流に連結するイオントラップ移動度スペクトロメー
ターと、からなる試料空気からの被検出成分の検出装置
を特徴とするものである。
記の諸目的を達成するための本発明の第1の実施態様
は、試料空気から既知の範囲の塩基度を有する被検出成
分を検出する装置であって、被検出成分より低い塩基度
を有するキャリア・ガスの発生源と、該キャリア・ガス
と該被検出成分との中間の塩基度を有するドーパントの
発生源と、前記キャリア・ガスにドーパントを低濃度で
加えるため前記キャリア・ガス発生源と該ドーパント発
生源とを連結する混合手段と、該混合手段と前記試料空
気とを連結する通路と、前記キャリア・ガスと前記ドー
パントと試料空気の少なくとも一部とからなる排出流を
生成するため前記混合手段と試料空気とを連結するポン
プ装置と、該試料空気中の被検出成分を検出するため該
排出流に連結するイオントラップ移動度スペクトロメー
ターと、からなる試料空気からの被検出成分の検出装置
を特徴とするものである。
【0012】さらに、上記の諸目的を達成するため本発
明の他の実施態様は、試料空気中に既知の範囲の塩基度
を有する少なくとも1種の被検出成分が存在することを
検出するためにイオン移動度スペクトロメーターを使用
する検出方法であって、前記被検出成分よりも低い塩基
度を有するキャリア・ガスを供給する工程と、該キャリ
ア・ガスと被検出成分の塩基度との中間の塩基度を有す
る低濃度のドーパントを添加する工程と、前記キャリア
・ガスと前記ドーパントとを被検出成分を含む試料空気
の近傍に誘導して、該試料空気を前記キャリア・ガスお
よびドーパントと結合した排出流とする工程と、前記被
検出成分が存在することを検出するために該排出流をイ
オン移動度スペクトロメーター中に導入する工程と、か
らなる空気中の被検出成分の検出方法を特徴とするもの
である。
明の他の実施態様は、試料空気中に既知の範囲の塩基度
を有する少なくとも1種の被検出成分が存在することを
検出するためにイオン移動度スペクトロメーターを使用
する検出方法であって、前記被検出成分よりも低い塩基
度を有するキャリア・ガスを供給する工程と、該キャリ
ア・ガスと被検出成分の塩基度との中間の塩基度を有す
る低濃度のドーパントを添加する工程と、前記キャリア
・ガスと前記ドーパントとを被検出成分を含む試料空気
の近傍に誘導して、該試料空気を前記キャリア・ガスお
よびドーパントと結合した排出流とする工程と、前記被
検出成分が存在することを検出するために該排出流をイ
オン移動度スペクトロメーター中に導入する工程と、か
らなる空気中の被検出成分の検出方法を特徴とするもの
である。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明には、低揮発性の蒸気、特
にアルカロイドや他のドラッグまたは禁制品物質からの
麻薬蒸気を検出するための検出装置が含まれる。本発明
による該検出装置は、前出の米国特許第5,200,6
14号に記載された検出装置に類似したイオントラップ
移動度スペクトロメーターによる検出装置であってもよ
い。しかしながら、本発明におけるイオントラップ移動
度スペクトロメーターにおいては、アルカロイドその他
の物質による麻薬の検出を行うために、陽イオンモード
での検出を改善された感度で行うものである。
にアルカロイドや他のドラッグまたは禁制品物質からの
麻薬蒸気を検出するための検出装置が含まれる。本発明
による該検出装置は、前出の米国特許第5,200,6
14号に記載された検出装置に類似したイオントラップ
移動度スペクトロメーターによる検出装置であってもよ
い。しかしながら、本発明におけるイオントラップ移動
度スペクトロメーターにおいては、アルカロイドその他
の物質による麻薬の検出を行うために、陽イオンモード
での検出を改善された感度で行うものである。
【0014】本発明以前においては、中性分子の電子の
減少によって生ずる陽イオンは、陽子の捕捉により生ず
る陽イオンと同様な作用をなすものと推定されてきた。
しかしながら、最近になって、陽子の捕捉によって生ず
る陽イオンは、電子の減少によって生ずる陽イオンとよ
りも遥かに容易に電荷を移動させることができることが
見出だされた。さらにいえば、本発明は、禁制品である
麻薬の成分の大部分を占めるアミンが、他の陽イオンか
ら陽子を捕捉する能力が極めて高いという知見に基づい
てなされたものである。こうしたアルカロイドは、ガス
相においては、強い塩基性作用を示すことが知られてお
り、もし平衡状態に達するまで十分な時間があれば、例
えばアンモニア(NH3)といった塩基度の高い他のア
ミン化合物からの陽電荷の移動をも可能とするものであ
る。本発明のイオントラップ移動度スペクトロメーター
およびその操作方法によれば、非電界域においてすべて
の被検体を平衡状態にすることができる。そしてこの事
実により、従来に見られぬアルカロイドや他の有害薬物
についての効率的な検出が可能になったのである。
減少によって生ずる陽イオンは、陽子の捕捉により生ず
る陽イオンと同様な作用をなすものと推定されてきた。
しかしながら、最近になって、陽子の捕捉によって生ず
る陽イオンは、電子の減少によって生ずる陽イオンとよ
りも遥かに容易に電荷を移動させることができることが
見出だされた。さらにいえば、本発明は、禁制品である
麻薬の成分の大部分を占めるアミンが、他の陽イオンか
ら陽子を捕捉する能力が極めて高いという知見に基づい
てなされたものである。こうしたアルカロイドは、ガス
相においては、強い塩基性作用を示すことが知られてお
り、もし平衡状態に達するまで十分な時間があれば、例
えばアンモニア(NH3)といった塩基度の高い他のア
ミン化合物からの陽電荷の移動をも可能とするものであ
る。本発明のイオントラップ移動度スペクトロメーター
およびその操作方法によれば、非電界域においてすべて
の被検体を平衡状態にすることができる。そしてこの事
実により、従来に見られぬアルカロイドや他の有害薬物
についての効率的な検出が可能になったのである。
【0015】さらに陽イオンモードにおけるイオントラ
ップ移動度スペクトロメーターの検出装置の感度は、電
荷移動により多量の陽子を供給すればさらに増大させる
ことができることが見出された。これは、イオン化室内
での放射線源が、不活性キャリア・ガス、例えば水素、
水素を含む不活性ガス、またはヘリウム(He)に作用
することにより得られる。大部分の有機物分子のイオン
化の効率は、本発明の方法により著しく増大する。しか
しながら、これによって増加した感度の有する利点も、
通常はイオンのスペクトル中において対象とする被検出
成分のものとは別のピークを生ずる化合物との混在が起
こるために、その利点が帳消しにされてしまう。即ち、
感度が向上するとしても、一方では混在による検出効果
の減退が起こるという結果となる。そしてこのような混
在による蒸気の問題を克服するためには、ドーパント分
子を低濃度でキャリア・ガス中に添加することによりス
ペクトルの鮮明化を図ればよいことが分かった。
ップ移動度スペクトロメーターの検出装置の感度は、電
荷移動により多量の陽子を供給すればさらに増大させる
ことができることが見出された。これは、イオン化室内
での放射線源が、不活性キャリア・ガス、例えば水素、
水素を含む不活性ガス、またはヘリウム(He)に作用
することにより得られる。大部分の有機物分子のイオン
化の効率は、本発明の方法により著しく増大する。しか
しながら、これによって増加した感度の有する利点も、
通常はイオンのスペクトル中において対象とする被検出
成分のものとは別のピークを生ずる化合物との混在が起
こるために、その利点が帳消しにされてしまう。即ち、
感度が向上するとしても、一方では混在による検出効果
の減退が起こるという結果となる。そしてこのような混
在による蒸気の問題を克服するためには、ドーパント分
子を低濃度でキャリア・ガス中に添加することによりス
ペクトルの鮮明化を図ればよいことが分かった。
【0016】ここで使用されるドーパントには、キャリ
ア・ガスと被検出試料との中間的な塩基度を有するもの
が採用される。アルカロイドが存在しない場合には、イ
オンのスペクトルは、ドーパントに関与するイオンのピ
ークのみを示す。しかし、試料空気中に麻薬蒸気が存在
するときは、ドーパント分子と麻薬分子との間で電荷移
動が起こり、そのために麻薬イオンが増大し、スペクト
ルによる検出がより鮮明に、より容易になるのである。
そしてこの原理を応用するのに適切なドーパントには、
アンモニア(NH3)およびニコチン酸アミドが挙げら
れる。
ア・ガスと被検出試料との中間的な塩基度を有するもの
が採用される。アルカロイドが存在しない場合には、イ
オンのスペクトルは、ドーパントに関与するイオンのピ
ークのみを示す。しかし、試料空気中に麻薬蒸気が存在
するときは、ドーパント分子と麻薬分子との間で電荷移
動が起こり、そのために麻薬イオンが増大し、スペクト
ルによる検出がより鮮明に、より容易になるのである。
そしてこの原理を応用するのに適切なドーパントには、
アンモニア(NH3)およびニコチン酸アミドが挙げら
れる。
【0017】
【実施例】本発明のイオントラップ移動度スペクトロメ
ーターの実施例を図1に示す。本発明のイオントラップ
移動度スペクトロメーターは、濃度の低い(数ppm
の)ドーパント蒸気でドーピングされたキャリア・ガス
により搬送される試料空気を受け入れるために、図1に
示されるような一端に入口部22を有する円筒形の検出
装置20を備えている。試料空気、キャリア・ガスおよ
びドーパント分子は、入口部22、拡散装置24を経て
イオン化室26内に拡散される。イオン化室26は、直
径D、全長Lからなる円筒状の壁28を有しており、ほ
ぼ偏平な円筒形室形状である。該円筒状壁28には、ベ
ータ粒子を放出する放射性物質、例えばニッケル63ま
たは重水素が含まれている。また入口部22は、イオン
化室26の一端と接続している。
ーターの実施例を図1に示す。本発明のイオントラップ
移動度スペクトロメーターは、濃度の低い(数ppm
の)ドーパント蒸気でドーピングされたキャリア・ガス
により搬送される試料空気を受け入れるために、図1に
示されるような一端に入口部22を有する円筒形の検出
装置20を備えている。試料空気、キャリア・ガスおよ
びドーパント分子は、入口部22、拡散装置24を経て
イオン化室26内に拡散される。イオン化室26は、直
径D、全長Lからなる円筒状の壁28を有しており、ほ
ぼ偏平な円筒形室形状である。該円筒状壁28には、ベ
ータ粒子を放出する放射性物質、例えばニッケル63ま
たは重水素が含まれている。また入口部22は、イオン
化室26の一端と接続している。
【0018】1個の格子電極E1が、入口部22に対向
する一端に設けられており、該電極E1は、通常入口部
22の一端およびイオン化室26の壁の電位と同一の電
位が与えられる。このようにして殆ど電界の影響を受け
ない空間(非電界帯域)が設けられるが、この空間内に
おいて、電子とイオン電荷は放射性の壁からのベータ粒
子の衝突によって破壊されて試料分子との間で相互作用
が起こる。排出流はイオン化室26を越えた後、電極E
1を経て電界制御のために設けられた数個の環状電極E
1〜Enを有するイオン浮遊帯域30に入る。集電電極
または集電極板32がイオン浮遊帯域30の格子電極と
反対側、すなわち排出流の出口側に設けられるが、これ
はこの部分に到達したイオンを捕捉するためのものであ
る。
する一端に設けられており、該電極E1は、通常入口部
22の一端およびイオン化室26の壁の電位と同一の電
位が与えられる。このようにして殆ど電界の影響を受け
ない空間(非電界帯域)が設けられるが、この空間内に
おいて、電子とイオン電荷は放射性の壁からのベータ粒
子の衝突によって破壊されて試料分子との間で相互作用
が起こる。排出流はイオン化室26を越えた後、電極E
1を経て電界制御のために設けられた数個の環状電極E
1〜Enを有するイオン浮遊帯域30に入る。集電電極
または集電極板32がイオン浮遊帯域30の格子電極と
反対側、すなわち排出流の出口側に設けられるが、これ
はこの部分に到達したイオンを捕捉するためのものであ
る。
【0019】約0.1〜0.2msの間、格子電極E1
の電位を変えることにより、格子電極E1,入口部22
の拡散装置24、放射線源28の三者相互間に電位差を
生じさせ、定期的にイオン化室26全域に亘り電界を形
成させるが、これにより格子電極E1と電極E2との間
の電界が切り替えられ、イオンを格子電極E1からイオ
ン浮遊帯域30へと追い出すことができる。イオン浮遊
帯域30内のイオンは、環状電極E2〜Enによって一
定電位に保持さた電界と接触することになるが、その結
果、これらイオンは該領域内を移動して、集電電極32
の方向に追いやられることになる。集電電極32は、到
達した電荷を検知し、信号化するが、これらの信号は増
幅されてスペクトロメーター内で発するスペクトルによ
って分析が行われる。試料ガスは電極32に接する壁中
に設けられた排出部から外部に排出される。
の電位を変えることにより、格子電極E1,入口部22
の拡散装置24、放射線源28の三者相互間に電位差を
生じさせ、定期的にイオン化室26全域に亘り電界を形
成させるが、これにより格子電極E1と電極E2との間
の電界が切り替えられ、イオンを格子電極E1からイオ
ン浮遊帯域30へと追い出すことができる。イオン浮遊
帯域30内のイオンは、環状電極E2〜Enによって一
定電位に保持さた電界と接触することになるが、その結
果、これらイオンは該領域内を移動して、集電電極32
の方向に追いやられることになる。集電電極32は、到
達した電荷を検知し、信号化するが、これらの信号は増
幅されてスペクトロメーター内で発するスペクトルによ
って分析が行われる。試料ガスは電極32に接する壁中
に設けられた排出部から外部に排出される。
【0020】約0.2msの後、イオン化室26全域の
電界は再び零に戻され、再び次の電界形成のためのイオ
ンの蓄積が起こる。該電界の極性は、検出装置が陽イオ
ンモードで操作されるか陰イオンモードで操作されるか
により選定される。爆薬の検出の場合には、通常陰イオ
ンモードが使用されるが。麻薬の検出に際しては陽イオ
ンモードを採用することが好ましい。
電界は再び零に戻され、再び次の電界形成のためのイオ
ンの蓄積が起こる。該電界の極性は、検出装置が陽イオ
ンモードで操作されるか陰イオンモードで操作されるか
により選定される。爆薬の検出の場合には、通常陰イオ
ンモードが使用されるが。麻薬の検出に際しては陽イオ
ンモードを採用することが好ましい。
【0021】前述したように、陽子を捕捉することによ
って生成した陽イオンは、電子を失うことによって得ら
れた陽イオンよりも遥かに容易に電荷を移動させること
ができることが知見されている。そして本発明における
検出の目的とする麻薬の大半が含まれるアミン類は、他
の陽イオンから陽子を捕捉する能力が大きい。重要なこ
とは、アルカロイド類は、植物から抽出された3個の置
換基をもったアルキルアミンと見られることである。そ
してアルカロイドは、一般にガス相では、極めて強い塩
基として作用するので、平衡に至るまで十分の時間を与
えれば、例えばアンモニア(NH3)のような他の塩基
度の高いアミン化合物から容易に陽電荷を移動させるこ
とができる。
って生成した陽イオンは、電子を失うことによって得ら
れた陽イオンよりも遥かに容易に電荷を移動させること
ができることが知見されている。そして本発明における
検出の目的とする麻薬の大半が含まれるアミン類は、他
の陽イオンから陽子を捕捉する能力が大きい。重要なこ
とは、アルカロイド類は、植物から抽出された3個の置
換基をもったアルキルアミンと見られることである。そ
してアルカロイドは、一般にガス相では、極めて強い塩
基として作用するので、平衡に至るまで十分の時間を与
えれば、例えばアンモニア(NH3)のような他の塩基
度の高いアミン化合物から容易に陽電荷を移動させるこ
とができる。
【0022】図1に示された検出装置を有するイオント
ラップ移動度スペクトロメーターにおいては、すべての
被検出試料に対して非電界空間で平衡に達することを可
能にするので、アルカロイドや他の数多くの禁制品の薬
物について改善された検出を実施するために該装置を使
用することは極めて効果的である。さらに、図1に示し
たイオントラップ移動度スペクトロメーターの検出装置
の感度は、陽イオンモードで操作した場合に、麻薬検出
に関して、電荷移動の媒体として適量の陽子を供給する
ことによって、なお一層効果的となることが分かってい
る。そしてこの知見は、本発明によってイオン化室内の
放射線源の作用によって陽子を生成させ得るキャリア・
ガスとして一定の濃度の水素を含有するある種の不活性
ガスを使用することで実証された。また殆どの有機化合
物分子のイオン化効率は、上記した方法によって顕著に
増大することも分かった。
ラップ移動度スペクトロメーターにおいては、すべての
被検出試料に対して非電界空間で平衡に達することを可
能にするので、アルカロイドや他の数多くの禁制品の薬
物について改善された検出を実施するために該装置を使
用することは極めて効果的である。さらに、図1に示し
たイオントラップ移動度スペクトロメーターの検出装置
の感度は、陽イオンモードで操作した場合に、麻薬検出
に関して、電荷移動の媒体として適量の陽子を供給する
ことによって、なお一層効果的となることが分かってい
る。そしてこの知見は、本発明によってイオン化室内の
放射線源の作用によって陽子を生成させ得るキャリア・
ガスとして一定の濃度の水素を含有するある種の不活性
ガスを使用することで実証された。また殆どの有機化合
物分子のイオン化効率は、上記した方法によって顕著に
増大することも分かった。
【0023】また、本発明によって得られる検出感度の
向上効果は、またスペクトロメーターによるスペクトル
に他の化合物と混同を起こすピークの生成によって、そ
の効果が帳消しにされる恐れを生ずるが、その恐れにつ
いては、本発明におけるキャリア・ガス中に低濃度でド
ーパント分子を添加することによって解決することがで
きる。そしてこれらのドーパント分子は、スペクトルを
明瞭化する機能を果たすものである。該ドーパント分子
は、実際上キャリア・ガス分子と、被検出成分であるア
ルカロイド分子との中間的塩基度を有することが望まし
い。理想的には、ドーパントは、既知の大部分の干渉性
分子の塩基度よりも相当に高い塩基度であるが、検出す
べきアルカロイド分子の有する塩基度よりも十分に低い
ことが好ましい。
向上効果は、またスペクトロメーターによるスペクトル
に他の化合物と混同を起こすピークの生成によって、そ
の効果が帳消しにされる恐れを生ずるが、その恐れにつ
いては、本発明におけるキャリア・ガス中に低濃度でド
ーパント分子を添加することによって解決することがで
きる。そしてこれらのドーパント分子は、スペクトルを
明瞭化する機能を果たすものである。該ドーパント分子
は、実際上キャリア・ガス分子と、被検出成分であるア
ルカロイド分子との中間的塩基度を有することが望まし
い。理想的には、ドーパントは、既知の大部分の干渉性
分子の塩基度よりも相当に高い塩基度であるが、検出す
べきアルカロイド分子の有する塩基度よりも十分に低い
ことが好ましい。
【0024】このようにすれば、アルカロイドのない状
況下での平衡状態において、イオンスペクトルは、ドー
ピング種についてのイオンのピークを示すことになる。
この状態で次に麻薬蒸気を空気流に添加すると、ドーパ
ント分子と麻薬分子との間に生ずる電荷の移動により麻
薬イオンの集積が起こり、該麻薬イオンはそのスペクト
ルによって直ちに検出することができるようになる。
況下での平衡状態において、イオンスペクトルは、ドー
ピング種についてのイオンのピークを示すことになる。
この状態で次に麻薬蒸気を空気流に添加すると、ドーパ
ント分子と麻薬分子との間に生ずる電荷の移動により麻
薬イオンの集積が起こり、該麻薬イオンはそのスペクト
ルによって直ちに検出することができるようになる。
【0025】本発明の実施に適したドーパントの1つ
は、アンモニア(NH3)である。アンモニアは高い陽
子親和力を有するが、殆どの干渉性化合物によって影響
されないほどの高い塩基度を有している。しかもアンモ
ニアは、例えばコカインのような3個の置換基をもつア
ミンよりも著しく塩基度が低い。またニコチン酸アミド
は、このような特性を持つもう1つのドーパントである
が、その欠点はその分子がアンモニア分子よりも極めて
大きいことである。ニコチン酸アミドはこのように分子
が大きいために、スペクトルにおいて同一の質量範囲に
ある他の分子のピークを遮蔽してしまう恐れがある。し
かし、ともかく本発明におけるドーパントの添加は、従
来の方法に比べて遥かに高い感度と抜群の選択性を与え
るという優れた効果を有するものであることに違いはな
い。
は、アンモニア(NH3)である。アンモニアは高い陽
子親和力を有するが、殆どの干渉性化合物によって影響
されないほどの高い塩基度を有している。しかもアンモ
ニアは、例えばコカインのような3個の置換基をもつア
ミンよりも著しく塩基度が低い。またニコチン酸アミド
は、このような特性を持つもう1つのドーパントである
が、その欠点はその分子がアンモニア分子よりも極めて
大きいことである。ニコチン酸アミドはこのように分子
が大きいために、スペクトルにおいて同一の質量範囲に
ある他の分子のピークを遮蔽してしまう恐れがある。し
かし、ともかく本発明におけるドーパントの添加は、従
来の方法に比べて遥かに高い感度と抜群の選択性を与え
るという優れた効果を有するものであることに違いはな
い。
【0026】また、本発明の検出装置20の入口部付近
に内の適宜の箇所に微細孔を有する耐火性物質、例えば
ジメチルシリコーンによる加熱透過膜を使用して試料空
気中の不要成分の流入を遮断し、被検出成分または被検
出成分を含む他の成分のみを検出装置20に導入するよ
うにすれば、検出をより一層効率的に行うことができ
る。
に内の適宜の箇所に微細孔を有する耐火性物質、例えば
ジメチルシリコーンによる加熱透過膜を使用して試料空
気中の不要成分の流入を遮断し、被検出成分または被検
出成分を含む他の成分のみを検出装置20に導入するよ
うにすれば、検出をより一層効率的に行うことができ
る。
【0027】また、本発明においては、図2に示される
ように、試料空気の入口部22の前に密閉容器40を設
置し、ガス試料空気流へのキャリア・ガスやドーパント
などの添加物の添加を試料空気が入口部22に導入され
る前に密閉容器40内で行ない、該容器40から制御さ
れた方式で入口部に対して放出することができる。該密
閉容器40の大きさは予め定められる。またキャリア・
ガス源からのキャリア・ガスは、定められた速度で密閉
容器40内に導入得られるガス流中に特定のドーパント
水準を持たせることが可能となる。また該密閉容器40
は、キャリア・ガスに添加されるドーパントの濃度を制
御するための温度調節装置41と、キャリア・ガス源4
2によって引き起こされる圧力変化によって生ずる定量
超過を防止するための空気制御装置43を備えることが
できる。新しいドーパントは制御された発生源44から
密閉容器40内に導入されるが、必要あればさらに両者
間に調節装置45を置くこともできる。
ように、試料空気の入口部22の前に密閉容器40を設
置し、ガス試料空気流へのキャリア・ガスやドーパント
などの添加物の添加を試料空気が入口部22に導入され
る前に密閉容器40内で行ない、該容器40から制御さ
れた方式で入口部に対して放出することができる。該密
閉容器40の大きさは予め定められる。またキャリア・
ガス源からのキャリア・ガスは、定められた速度で密閉
容器40内に導入得られるガス流中に特定のドーパント
水準を持たせることが可能となる。また該密閉容器40
は、キャリア・ガスに添加されるドーパントの濃度を制
御するための温度調節装置41と、キャリア・ガス源4
2によって引き起こされる圧力変化によって生ずる定量
超過を防止するための空気制御装置43を備えることが
できる。新しいドーパントは制御された発生源44から
密閉容器40内に導入されるが、必要あればさらに両者
間に調節装置45を置くこともできる。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるとき
は、空気中の麻薬を、キャリア・ガス中に低濃度のドー
パントを添加したキャリア・ガスを使用したイオントラ
ップ移動度スペクトロメーターにより、容易にまた確実
に検出することができる。
は、空気中の麻薬を、キャリア・ガス中に低濃度のドー
パントを添加したキャリア・ガスを使用したイオントラ
ップ移動度スペクトロメーターにより、容易にまた確実
に検出することができる。
【図1】本発明のイオントラップ移動度スペクトロメー
ター検出装置の要部概略図である。
ター検出装置の要部概略図である。
【図2】本発明のイオントラップ移動度スペクトロメー
ター検出装置に付属するガス混合装置の概略図である。
ター検出装置に付属するガス混合装置の概略図である。
20 検出装置 22 入口部 24 拡散装置 26 イオン化室 28 イオン化室の壁 30 イオン浮遊帯域 32 集電電極 40 密閉容器 41 温度制御装置 42 キャリア・ガス発生源 43 空気制御装置 44 ドーパント発生源 45 調節装置 E1 格子電極 E2〜En 環状電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム.ジェー.マックガン アメリカ合衆国.02767.マサチューセ ッツ州. ヒッコリー.ドライブ.ノー ス.28 (56)参考文献 特開 平5−264505(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/62 - 27/70 H01J 49/00 - 49/48 JICSTファイル(JOIS)
Claims (20)
- 【請求項1】 試料空気から既知の範囲の塩基度を有す
る被検出成分を検出する装置であって、 被検出成分より低い塩基度を有するキャリア・ガスの発
生源と、 該キャリア・ガスと前記被検出成分との中間の塩基度を
有するドーパントの発生源と、 前記キャリア・ガスにドーパントを低濃度で加えるため
前記キャリア・ガス発生源と前記ドーパント発生源とを
連結する混合手段と、 該混合手段と前記試料空気とを連結する通路と、 前記キャリア・ガスと前記ドーパントと試料空気の少な
くとも一部とからなる排出流を生成するため前記混合手
段と試料空気とを連結するポンプ装置と、 該試料空気中の被検出成分を検出するため前記排出流に
連結するイオントラップ移動度スペクトロメーターと、 からなることを特徴とする試料空気からの被検出成分の
検出装置。 - 【請求項2】 前記キャリア・ガス発生源は、水素を含
む不活性ガス発生源であることを特徴とする請求項1記
載の検出装置。 - 【請求項3】 前記キャリア・ガス発生源は、水素発生
源であることを特徴とする請求項2記載の検出装置。 - 【請求項4】 前記ドーパント発生源は、アンモニア発
生源であることを特徴とする請求項1記載の検出装置。 - 【請求項5】 前記混合手段は、ドーパントを装入した
一定の容積を有する密閉容器からなり、前記ポンプ装置
は、キャリア・ガスとドーパントの混合流において所望
のドーパント濃度が得られるように前記キャリア・ガス
を一定の速度で前記密閉容器を通して流通させるように
作動をするものであることを特徴とする請求項1記載の
検出装置。 - 【請求項6】 前記混合容器中のドーパントの拡散速度
を調節することにより前記キャリア・ガス中のドーパン
ト濃度を制御するための温度制御手段を前記混合容器内
部にさらに備えていることを特徴とする請求項5記載の
検出装置。 - 【請求項7】 前記被検出成分が、アルカロイドである
ことを特徴とする請求項1記載の検出装置。 - 【請求項8】 前記イオントラップ移動度スペクトロメ
ーター検出装置には、前記排出流中のキャリア・ガスか
ら陽子を得るために該排出流にベータ粒子を衝突させる
ためのイオン化手段を設けたことを特徴とする請求項1
記載の検出装置。 - 【請求項9】 前記イオントラップ移動度スペクトロメ
ーター検出装置には、イオン浮遊帯域と、該イオン浮遊
帯域を、前記キャリア・ガスからの陽子を前記ドーパン
ト分子および前記試料空気中の被検出成分分子に接触さ
せるのに十分な時間非電界域として維持するための手段
とをさらに設けたことを特徴とする請求項8記載の検出
装置。 - 【請求項10】 前記検出装置には、さらに試料空気と
連結し、該試料空気中の定められた成分の流通を遮断
し、前記被検出成分を含む他の成分の流通を可能とする
ための加熱透過膜を設けたことを特徴とする請求項1記
載の検出装置。 - 【請求項11】 前記透過膜は、ジメチルシリコーンで
あることを特徴とする請求項10記載の検出装置。 - 【請求項12】 前記透過膜は、微細孔を有する耐火材
料であることを特徴とする請求項10記載の検出装置。 - 【請求項13】 試料空気中に既知の範囲の塩基度を有
する少なくとも1種の被検出成分が存在することを検出
するためにイオン移動度スペクトロメーターを使用する
検出方法であって、 前記被検出成分よりも低い塩基度を有するキャリア・ガ
スを供給する工程と、 該キャリア・ガスと被検出成分の塩基度との中間の塩基
度を有する低濃度のドーパントを添加する工程と、 前記キャリア・ガスと前記ドーパントとを被検出成分を
含む試料空気の近傍に誘導して、該試料空気を前記キャ
リア・ガスおよびドーパントと結合した排出流とする工
程と、 前記被検出成分が存在することを検出するために該排出
流をイオン移動度スペクトロメーター中に導入する工程
と、 からなることを特徴とする空気中の被検出成分の検出方
法。 - 【請求項14】 前記不活性ガスを供給する工程は、水
素を含む不活性ガスを供給することからなることを特徴
とする請求項13記載の検出方法。 - 【請求項15】 前記ドーパントをキャリア・ガスに添
加する工程は、ドーパントとしてアンモニアを添加する
ことからなることを特徴とする請求項13記載の検出方
法。 - 【請求項16】 前記ドーパントの添加工程は、該ドー
パントを温度制御された密閉混合容器中に装入し、キャ
リア・ガスがドーパントを既知の濃度で混合容器から搬
送するように該キャリア・ガスを選択された速度で密閉
混合容器を通って流すことからなることを特徴とする請
求項13記載の検出方法。 - 【請求項17】 前記キャリア・ガスに前記ドーパント
を添加する工程は、該ドーパントとしてニコチン酸アミ
ドを添加することからなることを特徴とする請求項13
記載の検出方法。 - 【請求項18】 前記被検出成分がアルカロイドであ
り、前記キャリア・ガスおよび前記ドーパントの塩基度
はアルカロイドの塩基度よりも低いことを特徴とする請
求項13記載の検出方法。 - 【請求項19】 前記排出流のイオントラップ移動度ス
ペクトロメーターへの導入工程は、キャリア・ガスから
陽子と電子を得るために該排出流にベータ粒子を衝突さ
せること、および該排出流を十分な時間非電界域中に維
持して、前記イオントラップ移動度スペクトロメーター
において順次検出するために、前記試料空気中の被検出
成分分子によって陽イオンを形成することとからなるこ
とを特徴とする請求項13記載の検出方法。 - 【請求項20】 前記イオン移動度スペクトロメーター
は、放射性物質の円筒形壁を有するイオン化室と、該イ
オン化室の一端に設けた格子電極と、該格子電極に近接
しかつ前記イオン化室から延長して設けられたイオン浮
遊帯域と、前記格子電極と空間をおいて設けられた該イ
オン浮遊帯域内の一定位置にある集電電極とを有し、前
記イオントラップ移動度スペクトロメーターに該排出流
を導入する工程は、さらに前記イオン化室においてキャ
リア・ガスから陽子と電子を形成する工程と、 前記格子電極とイオン化室とを等電位に維持して、該イ
オン化室において陽子を形成できる十分な時間非電界域
とし、被検出試料分子に接触させる工程と、 前記格子電極の電位を変化させて陽イオン化した被検出
成分を前記格子電極を通してイオン浮遊帯域内にかつ集
電電極に向かって追い出す工程と、 からなることを特徴とする請求項13記載の検出方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9414279A GB2291200A (en) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | Ion mobility spectrometer and method of operation for enhanced detection of narotics |
GB9414279.1 | 1994-07-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0933486A JPH0933486A (ja) | 1997-02-07 |
JP3045655B2 true JP3045655B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=10758367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20176195A Expired - Fee Related JP3045655B2 (ja) | 1994-07-15 | 1995-07-14 | イオントラップ移動度スペクトロメーター及び麻薬の強力検出のための操作方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5491337A (ja) |
EP (1) | EP0692712B1 (ja) |
JP (1) | JP3045655B2 (ja) |
CA (1) | CA2153371C (ja) |
DE (1) | DE69528418T2 (ja) |
ES (1) | ES2183855T3 (ja) |
GB (1) | GB2291200A (ja) |
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US11609214B2 (en) | 2019-07-31 | 2023-03-21 | Rapiscan Systems, Inc. | Systems and methods for improving detection accuracy in electronic trace detectors |
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